高速高精度微弱電流采集系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

1、膜片鉗技術(shù)是一種通過測量細(xì)胞離子通道電流來研究細(xì)胞各種離子通道及其調(diào)控機制的技術(shù)，膜片鉗技術(shù)的提出，為細(xì)胞生物學(xué)相關(guān)研究帶來了革命性的變革。納米孔單分子DNA測序技術(shù)則是通過測量DNA通過納米孔時引起的電流變化完成DNA測序，對于人類各類疾病的基因研究等方面具有十分重要的意義。兩種技術(shù)的實質(zhì)，是針對測量過程中產(chǎn)生的微弱電流信號的高速高精度采集。
　　由于測量對象和測量儀器本身會引入各種干擾，影響系統(tǒng)測量的精度，為了準(zhǔn)確測量兩種應(yīng)用

2、環(huán)境下的微弱電流信號，本文在分析系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，進行了高速高精度微弱電流采集的系統(tǒng)設(shè)計，特別是針對測量過程中存在的快電容干擾，提出了新的補償方法。本文主要工作如下:
　　1、分析了膜片鉗技術(shù)和納米孔單分子DNA測序技術(shù)的電學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，進行了高速高精度微弱電流采集系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，系統(tǒng)采用AlteraCycloneⅢ型高速FPGA作為主控模塊，以高速高精度AD轉(zhuǎn)換器作為數(shù)據(jù)采集模塊并通過過采樣技術(shù)進一步提高采集精度，通過U

3、SB2.0技術(shù)實現(xiàn)由下位機向上位機的數(shù)據(jù)傳輸，并設(shè)計了基于Labview的上位機顯示系統(tǒng)。
　　2、分析了快電容干擾電路模型，針對快電容干擾產(chǎn)生機制，設(shè)計了相關(guān)的硬件補償電路，并針對電路中需要進行放大器增益調(diào)節(jié)和電容容值調(diào)節(jié)的要求，選擇了數(shù)字可編程增益放大器并設(shè)計了基于變?nèi)荻O管的可編程電容。同時，提出了基于模糊自適應(yīng)算法的快電容補償算法，從而進一步提高了快電容補償精度。實驗結(jié)果表明，該快電容補償方法能夠使得10nA的快電容偽差電